Sedenie, státie, chôdza či beh sú činnosti, ktoré sme sa naučili tak dávno, že si to ani nepamätáme. Automaticky ich vykonávame každý deň takmer od narodenia, takže sa nad ich princípmi ani nezamýšľame.
Teleso je v pohybe vtedy, keď…, rovnováha nastáva, keď… ef krát es sa rovná…, memorovali sme na hodine fyziky rôzne poučky, definície a vzorce, takže sa tento vedný odbor stal pre mnohých z nás suchý, nezáživný, priveľmi teoretický a v praktickom živote nepoužiteľný, maximálne len pre pár kockáčov. Akosi sme nadobudli predstavu, že fyzika je len teória, laboratórium a špeciálne podmienky. Teoreticky sme síce vedeli, že fyzikálne zákony a princípy platia aj v praktickom, nelaboratórnom živote, len nám to často zabudli ilustrovať na príkladoch z bežného života.
Nekompromisná ťažnica
Na popularizáciu fyziky (a nielen jej) neraz nebolo treba veľa. Napríklad pri uvádzaní do tajov mechaniky stačilo povedať: Sadnite si tak, že driek budete mať zvislo, pričom nohy nesmú byť zasunuté pod stoličkou. A teraz vstaňte bez toho, aby ste si zasunuli nohy pod stoličku, alebo ste sa predklonili… A to, čo sme sa naučili v ranom detstve, by zrazu nešlo – nepostavili by sme. Dôvod je prostý: ťažisko sediaceho človeka sa nachádza blízko chrbtice, asi 20 cm nad pásom. Keby sme z ťažiska spustili zvislú priamku nazývanú ťažnica, prechádzala by cez stoličku, ale ďaleko za chodidlami, to znamená mimo základne. Aby sme mohli vstať bez zasunutia nôh či predklonenia sa (vtedy sa ťažisko mení), ťažnica by musela prechádzať medzi chodidlami. Keďže v nariadenom sede neprechádza, nedá sa postaviť. To by sme sa museli buď nakloniť, alebo posunúť nohy dozadu – len tak by sme dostali základňu pod ťažisko. Podobný prípad je aj stoj. Stojaci človek nepadne, pokým jeho ťažnica prechádza plochou, ktorú vymedzujú jeho chodidlá. A tu sa aj nachádza odpoveď, prečo je ťažšie udržať rovnováhu státím na jednej nohe a ešte ťažšie na lane. Lano má totiž príliš malú základňu a ťažnica sa veľmi ľahko môže dostať mimo nej. Tento istý princíp platí napríklad aj pri známej šikmej veži v Pise. V podstate ide o šikmý valec, ktorý sa však nezrúti dovtedy, pokým ťažnica bude prechádzať základňou budovy. Čím bude náklon budovy väčší, tým väčšmi sa ťažnica bude približovať k okrajom jej základne. Po dosiahnutí kritickej hranice, t. j. ťažnica sa dostane mimo základne, nastane pád budovy.
Šibalské trenie
Hoci považujeme chôdzu za jednu z najprirodzenejších činností, z hľadiska fyziky je to trochu náročnejšie. Druhý zákon mechaniky, zákon sily, hovorí, že ak sa chceme dostať zo stavu pokoja do pohybu, musí na nás pôsobiť nejaká vonkajšia sila. Na pôsobenie vnútorných síl môžeme úplne zabudnúť, pretože podľa zákona akcie a reakcie sa ich celkové účinky navzájom rušia. A tak vzniká otázka: Aké vonkajšie sily spôsobujú, že sa dostaneme zo stavu pokoja do pohybu? Vo väčšine prípadov okamžitá, priam automatická odpoveď bude, že vonkajšia sila je gravitácia Zeme. Keď sa hlbšie zamyslíme, možno si spomenieme aj na reakciu podložky, v našom prípade plochy, po ktorej kráčame. Má to však jeden háčik – obe sily sú vertikálne, takže k posunu telesa, t. j. nás, v horizontálnom smere nedôjde. Pátraním po vonkajších silách, ktoré pôsobia horizontálne, dôjdeme na prvý pohľad k paradoxu. Jednou takouto silou je totiž odpor vzduchu a druhou trenie, ktoré vzniká medzi chodidlami a zemou. Aj keď sa zdá, že tieto sily brzdia pohyb, opak je pravda. Stačí si len spomenúť, čo spôsobuje trenie, keď sa vyberieme poprechádzať na ľad. Po prvých pádoch (tentoraz dokonaných) veľmi rýchlo pochopíme, že čím sa trenie znižuje, tým väčšmi sa šmýkame, t. j. oveľa ťažšie kráčame. Inými slovami – zmenšujúce sa trenie chôdzu nezľahčuje, ale naopak, sťažuje. Tváriac sa múdro môžeme povedať, že vďaka vonkajšej sile, ktorú spôsobuje trenie, sa dostaneme zo stavu pokoja do pohybu, teda chodíme.
Padám, teda kráčam
Je akosi prirodzené, že keď sa postavíme, zväčša vykročíme. Trochu sa nakloníme dopredu a súčasne dvíhame pätu napríklad pravej nohy. Ľavá noha je celou plochou na zemi. Vzápätí, keď sa aj špička pravej nohy odlepí od zeme, a tak je celá pravá noha vo vzduchu (robíme prvý krok), dvíha sa päta ľavej nohy, no zároveň päta pravej nohy došľapuje na zem. Prvý krok je za nami. Túto činnosť vykonávame denne, úplne automaticky, a ani si neuvedomujeme, že z hľadiska zákonov mechaniky vlastne – padáme. Keď sa totiž nakloníme dopredu a dvíhame pätu pravej nohy, ťažnica neprechádza plochou základne, a tak začíname padať. No len čo sa začne náš pád, pravá noha sa rýchlo pohybuje vpred a zastaví sa na zemi pred ťažnicou. Tým dôjde k tomu, že ťažnica opäť prechádza plochou vytvorenou pomyselným okrajom spájajúcim oporné body obidvoch nôh. Alebo inak – po vykročení, t. j. po začiatku pádu spôsobeného stratou rovnováhy (dvihnutím pravej nohy) sa rovnováha opäť obnovila (dokročením pravej nohy) a my sme urobili krok. Vzápätí – z hľadiska mechaniky – opäť posunieme ťažnicu mimo plochy základne (teraz už dvih- nutím ľavej nohy), začne sa pád, ktorému zabránime posunutím (ľavej) nohy vpred a zasa dostaneme ťažnicu do plochy základne. Keď si to zhrnieme, chôdzu môžeme z hľadiska zákonov fyziky nazvať ako postupnosť pádov napred, ktorým zabránime vysunutím nohy dopredu, a to tej, ktorá práve zaostáva.
Ak chcete mať prístup aj k exkluzívnemu obsahu pre predplatiteľov alebo si objednať tlačenú verziu časopisu Quark, prihláste sa alebo zaregistrujte.
R, Foto Pixabay
